Strategische Alliantie tussen Maxwell Labs en Sandia Nationale Laboratoria Ontwikkelt Technologie voor Kostenbesparing in Datacentra door Laserkoudetechnologie
De onstuitbare groei van het energieverbruik van krachtige chips stelt de technologiesector voor een grote uitdaging. Terwijl grafische processors (GPU’s) en gespecialiseerde verwerkingsunits toepassingen zoals kunstmatige intelligentie, wetenschappelijke simulaties en blockchain aandrijven, worden traditionele koelsystemen — op basis van lucht of water — steeds inefficiënter en kostbaarder. Maar een nieuwe oplossing zou in de maak zijn, en komt niet van ventilatoren of vloeistoffen: het is laserlicht.
Maxwell Labs, een startup uit Minnesota die gespecialiseerd is in nanofotonica, heeft een strategische samenwerking aangekondigd met de Sandia Nationale Laboratoria (beheerd door het Amerikaanse ministerie van Energie) en de Universiteit van New Mexico. Het doel is om een revolutionaire technologie voor optische laserkoeling te ontwikkelen en te testen. De ambitie: een nieuwe generatie fotonische koudplaten creëren die de heetste punten van een chip met chirurgische precisie koelen, waardoor het energieverbruik vermindert en de thermische prestaties verbeteren.
De Belofte van Laser: Koelen met Licht
Hoewel laserlicht traditioneel wordt geassocieerd met warmte, kan het onder specifieke voorwaarden worden gebruikt voor koeling. De sleutel ligt in het richten van bundels coherente lichtstralen van een specifieke golflengte op platen die zijn gemaakt van ultrapuur galliumnitride (GaAs), een halfgeleider met hoge elektronische mobiliteit.
Deze platen, de zogenaamde «cold plates», worden aangebracht op kritieke gebieden van de chip, waarbij de stralen worden geleid door microstructuren die zijn ontworpen op nanometerschaal. Het resultaat is lokale koeling precies waar dat nodig is, zonder complexe hydraulische systemen.
«We hoeven alleen maar gebieden ter grootte van een stofdeeltje te koelen», legt Raktim Sarma, hoofdfysicus van het project bij Sandia, uit. Deze mogelijkheid om zulke kleine en specifieke gebieden te koelen, betekent een paradigmawisseling in het thermisch ontwerp van chips.
Financiële en Energetische Impact: Kostenbesparing in het Tijdperk van Datacentra
Volgens gegevens van Sandia Lab kan tot 40% van het energieverbruik van een datacentrum uitsluitend aan koeling worden besteed. Met de toename van het gebruik van generatieve kunstmatige intelligentie, training van taalmodellen en cloudservices zijn deze kosten namelijk exponentieel gestegen, wat de winstmarges van technologiebedrijven en infrastructuuroperators onder druk zet.
«Een oplossing op basis van laserkoeling kan het energie- en waterverbruik verminderen, twee steeds schaarser en kostbaarder middelen», zegt Mike Karpe, mede-oprichter en directeur van groei bij Maxwell Labs. «Daarnaast opent deze technologie de deur naar nieuwe methoden voor warmterecuperatie die kunnen worden omgezet in elektriciteit, wat de efficiëntie verder kan verhogen.»
De vooruitzichten zijn helder: als de huidige modellen gevalideerd worden, zal optische koeling de chips in staat stellen om op hogere frequenties te opereren zonder risico op oververhitting, wat de rekenprestaties verbetert zonder dat er hele architecturen opnieuw ontworpen hoeven te worden.
Obstakels: Productiekosten en de Uitdaging van Ultrapuur GaAs
Ondanks de enorme potentie van deze technologie, zijn er uitdagingen. De grootste is misschien wel de kostprijs. Een siliciumwafer van 200 mm kost ongeveer 5 dollar, terwijl een wafer van hetzelfde formaat van ultrapuur GaAs meer dan 5.000 dollar kan kosten. Dit zonder de hoge afkeurpercentages in de productie door microscopische defecten mee te tellen.
Sandia Labs biedt echter een concurrentievoordeel: tientallen jaren ervaring in de productie van ultrapure halfgeleiders voor nucleaire doeleinden. Hun uitrusting, zoals de moleculaire bundel epitaxie (MBE), stelt hen in staat om de dikte van de GaAs-lagen met atomair niveau te controleren onder extreme vacuümomstandigheden.
«Het is een nichetechnologie en duur, maar de energie-efficiëntie zou de adoptie in sectoren zoals defensie, wetenschappelijk onderzoek of high-performance datacentra kunnen rechtvaardigen», zegt Sadhvikas Addamane, materiaalexpert van Sandia.
Een Stap naar de Toekomst: Van Prototyping naar Commercialisering
De samenwerkingsovereenkomst, die valt onder een CRADA (Cooperative Research and Development Agreement), markeert een mijlpaal in de technologische overdracht tussen de publieke en private sector in de VS. Maxwell ontwerpt de apparaten, Sandia produceert ze en de Universiteit van New Mexico analyseert hun thermische prestaties.
Hoewel de eerste apparaten momenteel in experimentele fase verkeren, is het de bedoeling van Maxwell Labs om de technologie in kritieke sectoren vóór 2027 op de markt te brengen. Bij succes zou dit wel eens een technologische disruptie kunnen betekenen die vergelijkbaar is met de komst van de transistor of glasvezel.
Conclusie: Groene Lichten voor de Koeling van de Toekomst
Laserkoeling is veel meer dan een wetenschappelijke curiositeit. Het vertegenwoordigt een concrete reactie op de energie- en prestatie-uitdagingen van de digitale toekomst. In een tijdperk dat wordt gekenmerkt door kunstmatige intelligentie, hebben krachtige chips behoefte aan slimmere koelsystemen. En misschien ligt de oplossing wel letterlijk voor de hand — in het licht van een laser.
Bron: Sandia Labs en Maxwell.